PCB transformatoren ontcijferen - een complete gids

PCB transformatoren ontcijferen - een complete gids

Printed circuit board (PCB) transformers play a vital role in electrical systems, stepping voltages up or down as needed for power conversion.

This comprehensive guide provides an in-depth look at what PCB transformers are, how they work, their components, testing procedures, and factors guiding appropriate transformer selection for your application.

Inhoudsopgave
    Voeg een kop toe om te beginnen met het genereren van de inhoudsopgave

    What is a PCB Transformer?

    A PCB transformer refers to a transformer constructed directly on a printed circuit board rather than as a separate standalone component. The transformer coils, core, and wiring are etched or mounted onto the board during PCB fabrication rather than manufactured separately.

    PCB Transformer
    PCB Transformer

    PCB transformers provide the same essential voltage conversion functionality stepping AC voltages up or down through electromagnetic induction. However, the integration directly onto a printed board allows for miniaturized power supplies, compact electronics, and efficient high density board production.

    PCB transformers can be found in consumer electronics, medical equipment, telecom devices, power converters, audio hardware, and industrial control systems. They range from small signal transformers to high power models up to 300W. Proper PCB transformer selection and integration is key to electrical system performance.

    Korte inleiding tot PCB transformatoren

    What Material is a PCB Transformer?

    The materials used to construct PCB transformers include:

    Copper coil windings – Formed from etched laminated copper traces on the PCB layers.

    Ferrite core – Made of ferromagnetic ceramic used to concentrate and channel magnetic flux.

    PCB substrate – Usually FR-4 glass epoxy. Electrical grade materials avoid interference.

    Solder – Used for coil terminations and mounting hardware. Lead or lead-free.

    Potting compound – Epoxy completely encased coils for protection and stability.

    Mounting hardware – Standoffs, screws and washers mount the core over the PCB coils.

    PCB transformers utilize the high trace density and reliability of printed boards to create precision coil windings not possible with hand wiring. The layered PCB fabrication process integrates all transformer elements in a compact durable package.

    How Does a Transformer Work on a Circuit Board?

    How Does a Transformer Work on a Circuit Board
    How Does a Transformer Work on a Circuit Board

    The operating principle of a transformer on a circuit board follows the same electromagnetic induction as a standalone transformer:

    ●An input AC voltage is applied to the transformer’s primary winding.

    ●This AC input current creates a fluctuating magnetic flux in the core.

    ●The changing core flux induces a varying voltage across the secondary winding.

    ●The ratio of turns between the windings steps the voltage up or down per the turns ratio.

    ●AC input is thereby converted to a different output AC voltage.

    On a PCB transformer, the copper coil traces replace wire windings to form the inductive primary and secondary circuits. The fluctuating magnetic field within the ferrite core transforms voltage just as with conventional transformers.

    Integration directly on the board allows adjusting trace widths and turns ratios to create extremely compact and customizable PCB transformers ranging from milliwatts to hundreds of watts.

    What are the Components of a PCB Transformer?

    PCB transformers contain the following key components and sub-assemblies:

    Printed Circuit Board (PCB)
    Forms the foundation on which all electrical elements and connections are mounted. Contains the precisely etched flat copper trace windings that replace standard wire coils. The PCB substrate electrically isolates and secures components.

    Core
    The ferrite core provides a controlled pathway for channeling the magnetic flux generated by the current passing through the copper trace windings. Typical core configurations are E-Cores, toroids, and E-I combinations. The core geometry and material properties heavily influence power transfer capabilities.

    Coil Windings
    The strategically shaped and routed copper traces on the PCB constitute the conductive windings of the transformer. There may be 2 to 4+ coil windings depending on the transformer topology. The trace width, length, and number of turns sets the inductance.

    Terminations
    Exposed solderable pads connected to each coil winding allow connections to be made between the transformer embedded on the PCB and external components or circuits. Terminations anchor the transformer electrically to the broader board.

    Mounting Hardware
    Standoffs, washers, screws, and sometimes spring clips mechanically affix the ferrite core firmly over the PCB windings beneath. This creates the closed core geometry critical for concentrating magnetic flux fields for induction.

    Potting Compound
    In high vibration environments or high voltage applications, transformers are completely encapsulated in an epoxy potting compound. This electrically insulates windings and protects against environmental contaminants. Potting increases reliability.

    Electrical Shielding
    Some precision low-level signal transformers incorporate grounded Faraday shielding cages around coils to minimize inductive interference from nearby PCB components and circuits. This allows isolation despite tight spacing.

    Insulation
    Thin insulation like Kapton tape, wire insulation, or plastic wraps prevent accidental shorts between tightly packed coil windings and other conductive surfaces. Insulation withstands temperature extremes.

    Cooling
    Larger high-power PCB transformers may incorporate heatsinks, cooling pads, airflow cutouts, or other thermal management to prevent excessive temperature rises during continuous operation at rated loads.

    What is the Difference Between PCB and Non-PCB Transformers?

    Difference Between PCB and Non-PCB Transformers
    Difference Between PCB and Non-PCB Transformers

    There are some key differences between PCB transformers and conventional
    standalone wired transformers:

    ●Coil Material – PCB transformers create windings from flat copper foil traces on board layers rather than using individually insulated magnet wire windings. This allows winding geometries and densities not feasible by manual winding.

    ●Automated Production – PCB transformers are manufactured on automated SMT lines capable of extremely high volume production. This compares to standalone transformers being manually wound and assembled. The consistency benefits manufacturing.

    ●Miniaturization – The printed trace construction permits much more tightly packed windings with precise dimensional control. This enables extreme miniaturization down to transformer heights as little as 3-5mm – not achievable with wound bobbins.

    ●Integrated Manufacturing – PCB transformers combine into the normal printed circuit board production process rather than requiring later discrete transformer installation. This streamlines and automates manufacturing.

    ●Customization – PCB CAD allows fully customizing winding patterns, trace widths, turns ratios, and other parameters for optimization. Hand-wound bobbins are far less configurable.

    ●Cost – At high production volumes, PCB transformer costs can be significantly lower than discrete counterparts when factoring in automated manufacturing savings. However, cost is similar at lower quantities.

    The automated printed board fabrication yields higher precision, smaller size, and full customization compared to manual winding methods. But the power transfer physics remain identical.

    How do you Test a PCB Transformer?

    PCB transformers can be tested for both manufacturing defects and design performance deviations using different methods:

    ●Design Rule CheckPCB design software verifies critical design rules like trace spacing, clearances between layers, etc. are strictly followed to avoid short circuits. This validates manufacturability.

    ●Continuity Check – A multimeter or ohmmeter checks for any open circuits or shorted loops in the winding traces indicating potential cracks or manufacturing flaws in conductors. Verifies electrical integrity.

    ●Phase Check – Apply an AC voltage to the primary coil contacts and probe the secondary to ensure the phase relationships match expectations. Confirms windings are correctly wired in PCB layers.

    ●Turns Ratio Test – Applying a fixed low voltage AC to the primary winding while probing the secondary allows validating the expected transformer turns ratio is accurately achieved, indicative of proper winding patterns.

    ●Inductance Check – An inductance meter can quantify the precise inductance both the primary and secondary windings exhibit. The measured inductances should fall within the acceptable tolerance of design targets.

    ●Magnetic Flux Test – A current probe confirms strong magnetic flux fields exist around the ferrite core when the transformer runs at nominal input voltage and load. Measures electromagnetic performance.

    ●Insulation Testing – A megohm meter verifies the insulation resistance levels between transformer windings and core meet minimum design criteria to avoid short circuit failures during operation.

    ●Hipot Testing – High potential testing stresses insulation to levels above maximum operating voltages, validating the design withstands transient spikes without arcing or dielectric breakdown.

    How do you Identify a PCB Transformer?

    How do you Identify a PCB Transformer
    How do you Identify a PCB Transformer

    Verifying the presence and specifications of a PCB transformer requires identifying key physical features and markings:

    ●Printed coils are visible on the board surface instead of wires. May be partially concealed under epoxy potting.

    Een ferrietkern wordt over de printplaat gemonteerd, vaak met een E-, torus- of EE-vorm.
    Standoffs houden het op zijn plaats.

    Primaire en secundaire spoelaansluitpunten zijn op schakelschema's gemarkeerd met symbolen voor een transformator.

    ●Component referentieaanduiding zoals "T1" of "XFMR1" identificeert de transformator op PCB-zeefdrukken en schema's.

    De specificaties van de transformator zoals ingangs- en uitgangsspanningen, omwentelingsverhouding, nominaal vermogen, inductiewaarden, isolatieklasse, enz. staan op het gegevensblad van een component.

    Waarschuwingssymbolen geven isolatiegrenzen en risico's van hoogspanning aan voor PCB-vermogenstransformatoren met hoogspanning.

    Het begrijpen van de opvallende fysieke constructie en het identificeren van de gedrukte spoelen en ferrietkern verifieert de aanwezigheid van een PCB-transformator versus een discrete bedrade transformator. Het controleren van referentieaanduidingen en specificaties bevestigt de eigenschappen van de transformator.

    Hoe kies je een PCB transformator?

    Om de optimale PCB-transformator voor een bepaalde toepassing te selecteren, moeten tal van ontwerpfactoren en afwegingen worden geëvalueerd:

    Ingangs-/uitgangsspanningen - De transformator moet een toereikende overbrengingsverhouding hebben om de ingangsspanning van de bron en de uitgangsspanning van de doelbelasting goed te kunnen op- of afregelen. Er moet rekening worden gehouden met toleranties.

    Uitgangsvermogen - De continue belastingsstroom die door de transformator vloeit, vermenigvuldigd met het spanningsverschil, dicteert het minimale uitgangsvermogen dat nodig is om magnetische verzadiging te voorkomen.

    ●Frequentie - Het bruikbare frequentiebereik van de transformator moet de frequentie van het stuurcircuit ruim omsluiten voor een efficiënte vermogensoverdracht. Hogere frequenties vereisen meer controle over de lekinductantie.

    Efficiëntie - Een hoger transformatorrendement vermindert verspild vermogen dat als warmte wordt afgevoerd, terwijl de bruikbare vermogensoverdracht naar de belasting wordt gemaximaliseerd. Dit verbetert de betrouwbaarheid en minimaliseert de behoefte aan koeling.

    ●Grootte - De voetafdruk van de kern en wikkeling moet voldoende ruimte en kruipafstand bieden tussen hoog- en laagspanningscircuits voor veiligheidscertificeringen. Voetafdrukbeperkingen kunnen de vermogenscapaciteit beperken.

    Isolatieklasse - De doorslagspanning en isolatievereisten dicteren isolatieselecties die maximale transiënte spanningspieken aankunnen zonder diëlektrische defecten of vonkvorming. De ongevoeligheid voor ruis speelt ook een rol.

    ●Milieu - Transformatoren moeten bestand zijn tegen extreme temperaturen, vochtigheid, mechanische schokken en trillingen die te verwachten zijn in het omgevingsbereik van de toepassing. Potten en coatings beschermen tegen verontreinigingen.

    Certificeringen - Veiligheids-, emissie- en regelgevende certificeringen zoals EN, UL, FCC die vereist zijn voor de toepassing, kunnen ontwerpbeperkingen en conformiteitstests noodzakelijk maken. De certificeringskosten nemen toe met het vermogen.

    ●Cost - De totale transformatorkosten balanceren prestaties, grootte, functies, testvereisten en productieoverwegingen tegen budgettaire beperkingen. Incrementele verbeteringen brengen extra kosten met zich mee.

    Door nauw samen te werken met een ervaren fabrikant van PCB-transformatoren kan de optimale transformatorkeuze worden gemaakt, waarbij technische behoeften en commerciële overwegingen in evenwicht zijn.

    Conclusie

    PCB transformatoren vertegenwoordigen een gespecialiseerde klasse van miniatuur transformatoren die vervaardigd worden via printplaat productiemethoden.

    Door hun constructie, functies, testen, identificatie en selectiecriteria te begrijpen, kunnen elektrotechnici deze essentiële apparaten effectief integreren in allerlei elektronische apparatuur voor een betrouwbare stroomomzetting.

    De aanpasbaarheid en miniaturisatie die de printplaatproductietechnieken mogelijk maken, zullen innovatieve transformatorontwerpen blijven stimuleren.

    FAQ over PCB

    A PCB transformer refers to a transformer constructed directly on a printed circuit board rather than as a separate standalone component. The transformer coils, core, and wiring are etched or mounted onto the board during PCB fabrication rather than manufactured separately.

    • Copper coil windings
    • Ferrite core
    • PCB substrate
    • Solder
    • Potting compound
    • Mounting hardware

    ●Design Rule Check

    ●Continuity Check

    ●Phase Check

    ●Turns Ratio Test

    ●Inductance Check

    ●Magnetic Flux Test

    ●Insulation Testing

    ●Hipot Testing

    Gerelateerde berichten

    Gerelateerde berichten

    PCB Impedantie Printplaat - Alles wat u moet weten

    PCB Impedantie Printplaat - Alles wat u moet weten

    PCB-impedantieprintplaten vormen de ruggengraat van hoogwaardige elektronische systemen, waar signaalintegriteit hoogtij viert. Deze gespecialiseerde printplaten zijn zorgvuldig ontworpen en vervaardigd ...
    Hoe installeer ik een weerstand op een printplaat?

    Hoe installeer ik een weerstand op een printplaat?

    De toepassing van weerstanden op een Printed Circuit Board (PCB) is een belangrijk aspect van het ontwerp van schakelingen. Weerstanden zijn componenten die worden gebruikt om de ...
    Uitpakken van SMT PCB-assemblage - Surface Mount Technology

    Uitpakken van SMT PCB-assemblage - Surface Mount Technology

    In dit artikel wordt uitgelegd wat de definitie is van SMT printplaatassemblageprocessen, machines, kostenstructuren, voordelen ten opzichte van voorgangers en selectiestrategieën voor productiepartners.
    Conventionele PCB Fabricage vs. Rapid Prototyping PCB - Een Gedetailleerde Vergelijking

    Conventionele PCB Fabricage vs. Rapid Prototyping PCB - Een Gedetailleerde Vergelijking

    In het steeds veranderende landschap van elektronica is het maken van printplaten (PCB's) een cruciaal aspect van productontwikkeling. Of het nu voor ...
    IBE Electronics ontmoet u op de CES (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics ontmoet u op de CES (Consumer Electronics Show) 2024

    Als een van de wereldwijde ODM/OEM fabrikanten met een massaproductiebasis, nodigt IBE u uit voor een bezoek aan onze Booth 2012&2014 en Booth 2929 op ...
    Een offerte aanvragen

    Laat een reactie achter

    Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

    nl_NLDutch
    Scroll naar boven